為什么這么低?
某些行業(yè)需要工藝?yán)鋮s設(shè)備達(dá)到超低溫的原因有很多。超低溫冷凍*常見的用途之一是進行耐久性試驗。
**環(huán)境耐久性試驗
看看你周圍。當(dāng)我們大多數(shù)人坐在舒適的氣候控制的家里、辦公室和汽車?yán)飼r,很難想象我們周圍的產(chǎn)品會對極冷的溫度做出什么反應(yīng)。他們什么時候會停止工作…破裂…爆炸…破裂?你身邊的大多數(shù)東西都不會自然達(dá)到那種溫度,所以沒什么好擔(dān)心的。日常用品要經(jīng)過典型的耐久性測試,以確保它們能在各種季節(jié)性環(huán)境中安全有效地工作。
然而,用于高層大氣、深海或外層空間的材料和設(shè)備必須經(jīng)過更嚴(yán)格的測試。為了準(zhǔn)備應(yīng)對大自然向它們?nèi)觼淼娜魏螙|西,每件設(shè)備、防護裝備、機械、電子設(shè)備和其他用品都需要經(jīng)過*測試,才能在這樣的環(huán)境中安全使用。
1983年7月21日是地球地面有史以來**溫度。南極洲蘇聯(lián)的沃斯托克站記錄到的溫度讀數(shù)為-128.6華氏度(-89.2攝氏度)。最近,衛(wèi)星探測到的讀數(shù)甚至更低(有些甚至低至-144°F),但1983年的記錄仍然被認(rèn)為是地面上**的讀數(shù)。
海
同樣,南極也記錄到了最冷的海水溫度。在27.3°F下測量的南極冰川下流動的一種含鹽量*的海水流。高含鹽量使水達(dá)到亞冰點溫度,并且仍然保持液態(tài)。
大氣
另一個自然**溫度環(huán)境一直存在于我們的頭頂。地球大氣層由多層組成,每一層都有不同的環(huán)境條件。中間層是從地球表面以上31-53英里延伸的一層。中間層(又稱中間層)的頂部是我們大氣中最冷的部分,平均溫度為-130華氏度。
空間
在最**的溫度下,我們必須放眼地球之外。根據(jù)美國宇航局的說法,太空中的氣態(tài)物質(zhì)通常會下降到-454華氏度。由于太空中極冷的條件,宇航員很快就能在國際空間站(ISS)的冷原子實驗室(CAL)進行量子冷卻實驗。在那里,宇航員將能夠利用量子過程冷卻,將原子冷卻到遠(yuǎn)低于深空平均溫度的水平,大膽地去到以前沒有溫度計的地方。
低溫學(xué)
超低溫過程冷卻的另一個共同需求是在廣闊的低溫領(lǐng)域。廣義地說,低溫學(xué)是研究超低溫以及物質(zhì)在這些溫度下的行為。根據(jù)大英百科全書,低溫范圍從-238華氏度一直到-460華氏度或絕對零度。絕對零度理論上是分子運動盡可能接近*停止的點。多年來,許多不同的低溫子研究已經(jīng)在我們的現(xiàn)代世界發(fā)展。
低溫生物學(xué)——研究*低溫對生物體的影響
低溫學(xué)/低溫保存/低溫保存-保存遺傳物質(zhì)和有機體以備將來復(fù)蘇
低溫電子學(xué)——*低溫下的電學(xué)研究
冷凍手術(shù)-利用低溫在醫(yī)學(xué)上破壞有害組織或生長
材料在低溫下的行為非常不同。有些,像橡膠,變得很脆,很容易被分解。其他的,像陶瓷和一些金屬,變得超導(dǎo),允許電流以零電阻流過它們。
哪些行業(yè)使用超低溫?
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低溫和c低溫過程冷卻領(lǐng)域逐年擴大。當(dāng)我們繼續(xù)尋找利用這項技術(shù)的新方法時,可能性似乎是無窮的。讓我們來看一些工業(yè)上用于超低溫過程冷卻的具體例子。
航空航天
航空航天工業(yè)必須嚴(yán)格測試現(xiàn)代飛機上使用的每一個部件是否能夠承受**的溫度變化。*低溫會增加磨損,損害多種材料的結(jié)構(gòu)完整性。這些航空材料經(jīng)過所謂的低溫回火以提高其耐久性。它們在制造過程中暴露在戰(zhàn)略高溫和超低溫下,因此它們的微觀結(jié)構(gòu)變得更加穩(wěn)定、耐用和持久。低溫處理用于提高發(fā)動機部件、渦輪葉片、密封件、制動管路等的性能和強度。
藥品/醫(yī)療
醫(yī)療和制藥實驗室使用超低溫冷凍柜和儲藏室保存重要樣品。這些可能包括:骨髓、血液、干細(xì)胞、疫苗、DNA和RNA、**、卵子、胚胎等等。這些樣品中有許多非常有價值,有些是不可替代的。超低溫儲存和運輸對于保護精密實驗室產(chǎn)品的生存能力至關(guān)重要。
制藥公司也使用超低溫冷凍干燥(凍干)工藝。將實驗室樣品插入一個特殊的超冷真空室,該室可同時冷凍和去除水分。
此外,一些醫(yī)療設(shè)備,如磁共振成像儀(需要-400°F的低溫冷卻溫度)需要超低溫過程冷卻,以便安全運行。
食品服務(wù)
如果你曾經(jīng)在內(nèi)陸州購買過冷凍海鮮,那么你的味蕾已經(jīng)從*低溫過程冷卻中受益。通常被稱為“速凍",食品可以被速凍,不會膨脹或失去味道或營養(yǎng)價值。速凍也保留了天然的風(fēng)味,所以你的食物仍然新鮮可口。
汽車
與航空航天工業(yè)類似,汽車工業(yè)在**溫度下測試結(jié)構(gòu)和發(fā)動機部件的可用性。在超低溫下對汽車進行測試,可以讓汽車制造商看到液體和電池是否能維持,電子設(shè)備是否仍能工作,發(fā)動機和座艙的升溫速度有多快,以及汽車還能在多大程度上運行。
防守
像我們這樣的平民永遠(yuǎn)不會知道國防工業(yè)使用超低溫的所有方式。然而,仔細(xì)觀察私營部門,我們可以看到國防工業(yè)可以從超低工藝?yán)鋮s中受益的許多途徑。如上所述,航空航天工程師要對飛機上使用的每種材料進行*的溫度測試。超低溫也有助于安全儲存和運輸易燃物和可燃材料。低溫回火也用于各種金屬(包括火器),以加強其微觀結(jié)構(gòu)和提高耐久性。
化學(xué)品
儲存和運輸對溫度敏感的化學(xué)品可能極其危險。許多易燃和可燃材料需要超低溫溶液才能滿足危險場所的安全認(rèn)證。
植物油開采
從植物中提取高純度的油需要一些超低溫。一些公司使用的二氧化碳提取方法是在-69°F以下冷卻的二氧化碳。一些公司還使用超低溫(-20°F)從其提取物中去除天然蠟。這些提取方法產(chǎn)生的高濃度油非常有價值。近年來,精油的生產(chǎn)和使用,特別是CBD精油,已經(jīng)發(fā)展成為一個非常有利可圖的行業(yè)。
塑料
塑料注射成型是一種高效的塑料制造方法,大大減少了廢料的產(chǎn)生。特殊的熱塑性塑料(如ABS和聚乙烯)被加熱,注入模具中,然后在從模具中釋放之前迅速冷卻。在高溫下模塑塑料會產(chǎn)生一個很好的光澤表面,使成品塑料更耐熱。然后快速冷卻使塑料更堅固,更耐沖擊。